2.5. Спектрофотометричний метод.

Спектрофотометричний аналіз проводять з використанням монохроматичного випромінювання як у видимій так і в ультрафіолетовій та інфрачервоній ділянках спектру, що дає можливість працювати з широким діапазоном хвиль. Спектрофотометрія, заснована на законі світлопоглинання – законі Бугера-Ламберта-Бера. Прилади, які використовують в спектрофотометрії, більш складні, ніж прилади, які використовуються в фотоколориметрії. Найбільш простим, точним в роботі є спектрофотометр СФ-4. Прилад має кварцову оптику і дозволяє вимірювати оптичну густину чи пропускання в області 210-1100 нм, тобто ближню ультрафіолетову, видиму та ближню інфрачервону області cпектра.

Випромінювання джерела світла (воднева лампа накалювання) збираються дзеркальним компресором і направляються на плоске дзеркало, а потім на вхідну щілину, яка захищена кварцовою пластинкою, дані випромінювання попадають на дзеркальний сферичний об'єктив, який направляє його на кварцову призму, одна із граней якої посріблена. Призма розкладає випромінювання в спектр. У залежності від положення призми те чи інше монохроматичне випромінювання, точніше, пучок випромінювання, який лежить у вузькому інтервалі довжини хвиль, відбившись від дзеркальної грані призми, знову повертається в сферичний об'єктив, який фокусує пучок випромінювання на вихідну щілину. Після проходження вихідної щілини монохроматичного випромінювання збирається кварцовою лінзою. Далі на шляху випромінювання встановлюється кювета з розчинником чи аналізованим розчином. Якщо шторка перед фотоелементом відкрита, то випромінювання, проходячи захисну кварцову пластинку, досягає світлочутливого шару при роботі в області 320-380 і 590-700 нм встановлюють спеціальні скляні фільтри.

У спектрофотометрі використовують два фотоелемента з зовнішнім фотоефектом: сурм'яно-цезієвий і киснево-цезієвий. Перший використовують для вимірювання в області 210-600 нм; другий – 600-1100 нм.

Монохроматичне випромінювання, яке попадає на катод фотоелемента, викликає емісію електродів, які притягуються анодом.

Фотопотік, що виник таким чином, створює на високоомнім опорі (2000 МОм) падіння напруги. Оскільки фотострум пропорційний інтенсивності випромінювання, то падіння напруги буде пропорційне цій величині. Для того, щоб виміряти падіння напруги на високообмнім опорі, фотострум підсилюють з допомогою підсилювача постійного струму на двох радіолампах 2К2М і вимірюють на виході підсилювача компенсаційним методом. Останній заключається в тому, що з рахункового потенціометра подається потенціал, який рівний, але протилежний за знаком потенціалу на виході з підсилювача. Пряма залежність між компенсаційною напругою і фотострумом дозволяє градіювати шкалу потенціометра в шкалі оптичної густини і пропускання. В якості нуль-інструмента використовують міліамперметр.

Джерелами світла в електрофотометрії СФ-4 служать лампи накалювання, воднева і ртутна, які розміщені в держаках. Для живлення лами накалювання служить кислотний акумулятор. Живлення водневої і ртутної ламп здійснюють через випрямляч-стабілізатор, який підтримує розрядний струм з точністю 0,1 мА при коливанні напруги в колі в межах 10°L.

Для визначення оптичної густини на спектрофотометрії СФ-4 встановлюють послідовно стрілки міліамперметра спектрофотометра на відносний нуль. Спочатку відносний нуль встановлюють в самому фотоелементі і в схемі підсилення. Для цього при закритій шторці – перемикачі, коли фотоелемент не освітлений, при допомозі рукоятки потенціометра стрілку міліамперметра встановлюють на нуль.

Якщо на шляху випромінювання встановити кювету з розчинником і відкрити шторку-перемикач, то падіння напруги на високоомнім опорі (2000 МОм), яке викликане проходженням фотоструму і яке подається на сітку першої лампи 2К2М підсилювача змінює анодний струм як і першої, так і другої лампи підсилювача і стрілка міліамперметра відхиляється. У цьому випадку, коли випромінювання проходить через кювету з розчинником, стрілка міліамперметра повертається на нуль внаслідок зміни ширини щілини і з допомогою потенціометра чутливості. При русі потенціометра вправо підвищується чутливість приладу і точність розрахунку. Але одночасно потрібно збільшити ширину щілини, що приводить до більших похибок.

У відповідності з тим, що в спектрофотометрії вимірюються відносні зміни інтенсивності вимірювання, виборі вимірювання необхідної величини фотопотоку, а тільки його зменшення при переході від розчинника до розчину. Тому потенціометр повинен бути встановлений по нулю оптичної густини (100% пропускання). Як тільки замість кювети з розчинником буде поміщатись кювета з розчином, фотопотік зменшиться, зниження інтенсивності випромінювання. Це відповідає відхилення стрілки міліамперметра вправо. Стрілка повертається до нуля з допомогою потенціометра.

У залежності від використання області спектру встановлюють чи сурм'яно-цезієвий елемент чи киснево-цезієвий елементи.

Звертайте особливу увагу на обережність в роботі з приладом. Потрібно акуратно поводитися з кварцовими кюветами. Перемикаючи фотоелемент потрібно обережно, повертати ручку до упора. Необхідно строго виконувати режим вмикання стабілізатора у водневій лампі.

Кількісний аналіз спектрофотографічним методом.

Методи аналізу речовин, які поглинають світлові промені. Концентрація речовини, що визначається, може бути визначена безпосередньо, якщо в спектрі поглинання розчину цієї речовини є чітко виражені смуги поглинання в ультрафіолетовій, видимій чи інфрачервоній областях спектру. Наприклад, якщо в ультрафіолетовій частині спектру поглинання бензолу в циклогексані спостерігається з максимумом при = 254,2 нм. Визначивши коефіцієнт поглинання розчину бензолу в циклогексані, можна визначити концентрацію бензолу. Особливо добре розроблені методи визначення ароматичних вуглеводів при спільній присутності. В ультрафіолетовій частині спектра цих вуглеводів спостерігаються чітко виражені смуги поглинання.

У спектрі поглинання розчинів рідкоземельних елементів спостерігається добре виражені смуги поглинання, які можуть бути використані для визначення цих елементів. Спектрометричним методом можна визначити деякі забарвлені сполуки – штучні чи природні